電化區(qū)段軌道絕緣節(jié)燒損原因分析及對策

陳 波

（中國鐵路成都局集團有限公司宜賓工電段，四川宜賓 644609）

為避免牽引回流不暢帶來的隱患，減少軌道絕緣燒損對運輸影響，對牽引回流維護(hù)管理進(jìn)行進(jìn)一步規(guī)范。本文梳理了部分牽引回流不暢問題造成絕緣燒損并完成整治的典型案例，供各單位在設(shè)計、施工、維修整治時借鑒參考。

1 牽引回流切斷點設(shè)置不當(dāng)

電化區(qū)段牽引回流大、站場股道多，為了避免軌道電路形成“第三軌”不能有效檢查鋼軌的完整性，站內(nèi)某些絕緣節(jié)處未裝設(shè)扼流變壓器中心連接板，形成回流切斷點，只能從單側(cè)回流，該種情況俗稱“一頭堵”。如圖1所示某站，雖然滿足“一頭堵”條件，但是因為牽引回流切斷點設(shè)置不當(dāng)，自開通運營以來11#岔前絕緣處軌頭燒灼嚴(yán)重。

圖1 梯形道岔絕緣回流切斷點Fig.1 Insulation reflux cut-off point of trapezoidal turnout

該絕緣節(jié)位于側(cè)線梯形道岔區(qū)，設(shè)置為牽引回流切斷點不合理，軌頭燒灼部位為車輪運行方向后方，列車經(jīng)過該絕緣時有明顯的閃弧現(xiàn)象，加之列車負(fù)載大、加速度大、速度高、牽引檔位高形成較大的牽引電流，極易產(chǎn)生拉弧燒損絕緣節(jié)。

不同牽引回流切斷點對絕緣節(jié)燒損的影響。

1）切斷點設(shè)置在梯形道岔區(qū)。發(fā)車方向梯形道岔區(qū)如11#道岔前切斷點，為列車即將進(jìn)入正線的位置，此時運行列車正在滿檔提速，牽引電流較大。而該大電流從列車運行前方匯入正線的通道被切斷，只能流向車尾經(jīng)11#道岔、4G、12/14#道岔進(jìn)入正線，該區(qū)段長、總阻抗大，在切斷點形成電位差，造成嚴(yán)重拉弧燒灼鋼軌絕緣。接車方向梯形道岔區(qū)如5/7#道岔間切斷點，列車運行至此處已空檔滑行，牽引電流較小，對絕緣影響較小。但是反方向運行時，與發(fā)車方向梯形道岔中的切斷點相同，同樣拉弧嚴(yán)重。因此，無論接車還是發(fā)車進(jìn)路中梯形道岔處的絕緣節(jié)，都不應(yīng)設(shè)置牽引回流切斷點，應(yīng)在梯形道岔絕緣節(jié)兩端設(shè)置扼流變壓器、裝設(shè)中心連接板，導(dǎo)通牽引電流回路。

2）切斷點設(shè)置在側(cè)線股道兩端。在發(fā)車端如S4設(shè)為切斷點，該點位于發(fā)車進(jìn)路前方，此時列車剛啟動速度較低，拉弧相對減小，但牽引電流仍對絕緣節(jié)和鋼軌造成一定損傷。在接車端如X4設(shè)為切斷點，此時列車已空檔滑行牽引電流較小，沒有拉弧現(xiàn)象。反方向運行時，與發(fā)車端設(shè)置切斷點相同，會有拉弧現(xiàn)象。兼顧就近回流原則，將股道切斷點設(shè)置在S4、S5、S6處，是解決拉弧燒損絕緣的有效方法。

2 “一頭堵”固有缺陷分析

站內(nèi)側(cè)線股道采用“一頭堵”的設(shè)計方案，避免了軌道電路形成“第三軌”，也滿足梯形道岔處的絕緣節(jié)不設(shè)置牽引回流切斷點，但同時又引發(fā)牽引回流不暢的問題。

如前所述，在股道“一頭堵”的情況下，當(dāng)列車啟動時，會在鋼軌中產(chǎn)生很強的牽引電流。列車輪對通過絕緣節(jié)時，先短路絕緣節(jié)兩側(cè)鋼軌，接通兩側(cè)鋼軌建立電流回路，在輪對離開絕緣節(jié)處時再切斷牽引回流會引起拉弧，且絕緣兩側(cè)鋼軌的壓差越大，拉弧強度越大，嚴(yán)重的造成軌道絕緣燒損、鋼軌接頭熔融。如圖2所示，泄流輪對切斷的電流包括連通的鋼軌回流和輪對自身泄放電流。

圖2 泄流輪對通過絕緣節(jié)Fig.2 Leakage wheel set passing through insulation joint

如圖1所示，因在9/11#梯形道岔絕緣節(jié)兩端設(shè)置扼流變壓器、裝設(shè)中心連接板，為避免IIG、4G通過兩端梯形道岔構(gòu)通軌道電路形成“第三軌”，必須將S4設(shè)置為回流切斷點。而股道“一頭堵”固有缺陷，又引發(fā)S4、S6處牽引回流不暢、燒損絕緣的問題。由中國鐵路西安局集團有限公司電務(wù)處牽頭研制出的飽和電抗器如圖3所示，有效解決了“一頭堵”方式引起回流不暢、燒損軌道絕緣和鋼軌頭部的安全隱患。該設(shè)備采用阻抗匹配技術(shù)，串接在S4處2 臺扼流變壓器的中心點之間，對軌道信號頻率呈現(xiàn)高阻抗，對50 Hz牽引電流呈現(xiàn)低阻抗，可防止形成迂回電流。分析比較測試牽引電流數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)沒裝飽和電抗器之前，絕緣節(jié)兩端牽引電流數(shù)值相差較大。裝上飽和電抗器以后，采集到其線圈上的電流數(shù)據(jù)比較連續(xù)，絕緣節(jié)兩側(cè)軌面電壓明顯降低，證明飽和電抗器起到了導(dǎo)通牽引回流的作用 。

圖3 飽和電抗器連接Fig.3 Saturation resistor connection

3 牽引回流迂回過長造成回流不暢

某站1-3DG、5DG區(qū)段紅光帶，現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)3#與5#道岔渡線絕緣處被燒傷痕跡明顯。

該站站場平面和牽引回流如圖4所示，牽引回流從上行咽喉經(jīng)正線流往下行咽喉回牽引變電所。結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查情況及站場牽引回流設(shè)置情況分析，造成絕緣燒損的原因為牽引回流迂回過長、回流不暢。3/5#道岔為雙動道岔，3#道岔在正線（1-3DG），5#道岔在側(cè)線（5DG），3/5#道岔間的分割絕緣對牽引回流起到阻斷作用，3/5#道岔間無扼流變壓器構(gòu)通牽引回流，經(jīng)正線流過的牽引回流，在3/5#道岔分割絕緣處無法通過，對該處絕緣長期產(chǎn)生牽引回流沖擊。發(fā)生擊穿的絕緣接頭兩端牽引回流回路不同，如圖4紅線所示，5DG牽引回流需經(jīng)由1G、上行咽喉道岔的回流線再匯入正線回牽引變電所，不滿足牽引回流就近回流原則，回流距離長易造成回流不暢，從而擊穿3#與5#道岔渡線分界處的絕緣，造成絕緣燒損。

圖4 牽引回流迂回過長造成回流不暢Fig.4 Slow reflux caused by too long diversion of traction reflux

聯(lián)系設(shè)計單位修改既有雙線圖，斷開X1信號機處扼流變壓器間中間連接線，在SII、S1信號機所在絕緣節(jié)處的扼流變壓器中心連接板間增加橫向連接線回流如圖4藍(lán)線所示，溝通牽引回流后，該問題得到解決。

4 牽引回流線纜補強整治

如圖5所示，在牽引供電區(qū)段，機車受電弓接收接觸網(wǎng)線電流，通過鋼軌、PW線、綜合貫通地線及所內(nèi)網(wǎng)地線集中回流到牽引變電所主用變壓器地端，形成牽引供電閉合回路。鋼軌、PW線、貫通地線均通過扼流變壓器中心點連接回流，故扼流變壓器阻抗值對各回流通道網(wǎng)孔節(jié)點電流影響一致。故理想狀態(tài)下，在3個主要回流通道中直流電阻值關(guān)系式為貫通地線＞PW線＞鋼軌。回流分配量則反之。

圖5 各牽引回流示意Fig.5 Schematic diagram of each traction reflux

對鋼軌回流及吸上線檢查，重點檢查扼流變壓器容量、阻抗值、兩圈平衡度符合標(biāo)準(zhǔn)。各軌道扼流變中間連接板、鋼軌引接線、道岔跳線、分支并連線、橫向連接線、吸上線等回流通道連接線（板）作用良好，型號與設(shè)計一致，各塞釘或螺栓螺帽安裝緊固，扼流變至鋼軌的接線電阻不大于0.1 Ω。

因回牽引變電所內(nèi)的軌回流和PW線回流都是通過軌道扼流變中心點并聯(lián)的兩者電流之和，故回所綜合貫通地回流降低后，不管是PW線或軌回流升高，在“一頭堵”絕緣節(jié)都表現(xiàn)為軌回流升高。牽引變電所至軌道綜合貫通地回流通道檢查，通過測試綜合貫通接地連接銅纜環(huán)阻值和對地絕緣電阻值，排查連接銅纜內(nèi)部斷線或絕緣破損等問題，檢查槽道內(nèi)接地端子和銅纜壓接頭接觸情況?；亓麟娎|、壓接頭等由鋁質(zhì)線改為銅質(zhì)（銅的導(dǎo)電率是鋁的1.68倍），也能提升貫通地線回流能力。

5 半自動閉塞接近區(qū)段外側(cè)區(qū)間連接點回流“單改雙”

如圖6(a)所示，該絕緣節(jié)左側(cè)為區(qū)間，由1根短路線將上、下行鋼軌短接，鋼軌通過2根等阻線連接到扼流變壓器中性點。絕緣右側(cè)為接近區(qū)段軌道電路，2根鋼軌分別通過2根等阻線與扼流變壓器線圈連接。牽引回流從絕緣節(jié)左側(cè)流向右側(cè)，再回到位于站場中部的變電所。故障后，現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)絕緣節(jié)左側(cè)2根等阻線與鋼軌連接的塞釘處熔斷，扼流變內(nèi)部設(shè)備燒毀，絕緣節(jié)處鋼軌接頭燒熔，右側(cè)與扼流變壓器線圈連接4根等阻線完好。

圖6 扼流變“單改雙”Fig.6 Schematic diagram of choke changing from single to double

由于區(qū)間每側(cè)鋼軌僅有1根等阻線與扼流變連接，等阻線銅端頭與塞釘連接處接觸電阻過高、長期存在發(fā)熱現(xiàn)象、內(nèi)部電腐蝕。列車通過時，一側(cè)等阻線塞釘螺桿過熱熔斷，另一側(cè)等阻線塞釘?shù)攘悴考d流能力不足，牽引回流不平衡，大電流導(dǎo)致扼流變內(nèi)部設(shè)備燒毀，于絕緣處產(chǎn)生較高的過電壓，導(dǎo)致絕緣節(jié)拉弧、鋼軌頭在電弧高溫下燒熔。

改進(jìn)大容量等阻線和扼流變，改變連接方式增設(shè)扼流變“單改雙”，如圖6（b）所示。中國鐵路成都局集團有限公司成昆線、內(nèi)六線等單線半自動閉塞接近區(qū)段運用該方法進(jìn)行施工改造，疏通牽引回流通道，取得顯著效果。

6 其他原因分析及改進(jìn)措施

工務(wù)MT型軌道絕緣魚尾板與鋼軌距離太近，隔離效果不如MK型絕緣好，可將雙動道岔間的“渡線”絕緣，逐步改為魚尾板與鋼軌隔離效果明顯的MK型軌道絕緣。

維修更換扼流變、中心連接板、各種連接線及工務(wù)換軌換岔等作業(yè)，要斷開軌回流通道時，采取“兩橫一縱”等連接方式，保證牽引回流暢通后，方可開始作業(yè)。

工務(wù)、電務(wù)專業(yè)聯(lián)合對膠結(jié)絕緣檢查測試，分析絕緣阻值劣化趨勢，根據(jù)需要加密檢查或更換，同時對絕緣節(jié)軌面肥邊、軌端鐵屑進(jìn)行打磨處理和清掃，防止金屬物短路拉弧燒損絕緣。

7 總結(jié)

通過本文分析可知，在軌道電路運營、維護(hù)中因牽引回流不暢會出現(xiàn)燒損軌道絕緣現(xiàn)象，通過改進(jìn)設(shè)計和設(shè)備整治，能夠徹底解決設(shè)備安全隱患，在設(shè)計、施工、驗收、維修運營中，參照上述辦法執(zhí)行，能提升軌道電路運用質(zhì)量，確保行車效率和安全。